糖的加工方法

本发明是关于使用通常称为“相变”的方法使糖（蔗糖或葡萄糖）结晶的工艺。

生产结晶蔗糖的一般方法包括将热的浓缩糖浆装入锅中抽真空并从糖浆中蒸发一部分水，然后一部分糖结晶出来，通常使用离心机再将其分离。然后将母液回收并再煮生产另一批糖结晶。此方法可以重复若干次。第一批产出的糖非常纯，继后各批的糖纯度下降。此外，此方法很慢并很复杂。而且还有其它的缺点，尤其是通常它只能以间断的方式进行操作。

已提出和实施的其它方法是基于通常所说的“相变”现象。“相变”时，过饱和糖浆成核然后结晶，在这样的情况下，放热的结晶过程中放出的热蒸发掉剩余的水，从而给出大体上干燥的结晶产品，这种类型的在工业上可行的方法大体规入了两个类别，下面的两种专利方法是它们的典型代表：

英国专利说明书第1460614号和美国专利说明书第3972725号（Tate    and    Lyle有限公司）叙述了一种连续方法，在此方法中糖浆被瞬时成核并立即排入结晶区。通过使糖浆受到剪切力来达到这种瞬时成核。剪切力的速度梯度至少5000厘米/秒/厘米，更通常至少10000，或甚至20000厘米/秒/厘米，那样的剪切力可由胶体磨或均化器形式的设备来施加，糖浆在上述设备中滞留时间非常短，例如由0.0001到0.5秒。然后排出的糖浆通常在一 运动着的传送带上结晶，水在这里蒸发，同时能保持结晶物料在一相对恒定的温度下，并得到大体上干燥的产品。一个有关的方法已在英国专利说明书2070015B和美国专利说明书4342603（Tate    and    Lyle公共有限公司）中叙述，它适用于葡萄糖的结晶过程。如在先前所提及的专利中，过饱和糖浆（在此情况下至少65%过饱和，且固体含量大于95%）受到事实上瞬时的剪切力作用，然后让它在传送带上结晶。在剪切过程中的速度梯度在胶体磨中大约是8000至3000厘米/秒/厘米，或使用限制喷咀使达到大约3000厘米/秒/厘米。产品是干燥的微晶葡萄糖物料含有至少70%（重量）的β型葡萄糖。

两种方法都证明是十分成功的，但一个问题随之出现：由于成核过程是在那样一个短时间内完成，有时难以控制反应过程以防止快速结晶阻塞成核区的出口。

美国专利说明书第3365331号（Miller，已授予美国糖业公司）和美国专利说明书4338350和4362757（Amstar）叙述了一种蔗糖“相变”方法，它包括搅打浓的蔗糖浆，在同一搅打区内蔗糖浆随着完全结晶。此方法包括使用一种“搅打机结晶器”，如由Strong-Scott制造公司（美国明尼阿波利斯）生产的所谓涡流器。此设备由一装有螺旋叶片或浆的筒体构成，叶片或浆以足够的速度旋转以搅打糖浆而不仅仅是搅拌它。为了防止糖浆过热和为了除去水蒸汽，供给了强气流。在此方法中剪切和搅打在整个结晶期间进行，以使从设备中排出的产品是一种固化了的结晶物料。实际上，此方法包括输入大量的能量并存在有关温度控制的问题。然而正如美国专利3365331（纵行9）中所述的，介绍了其它添加剂材料（它们可以 有食用价值或味觉价值或颜色价值或医药价值等等）的加入，并且表明此方法在相变期间正适于添加那样的物料。

可将上法与瞬时成核类型的方法进行比较，例如使用胶体磨来混合其它添加物料特别是例如磨碎了的坚果和可可是困难的。

同样地，可用连续操作和搅拌的方法将葡萄糖结晶。美国专利说明书第3197338号（Hurstetal，已经授予A.E.Staley制造公司）公开了一种方法，用这种方法葡萄糖浆在一混合器或混合机中结晶，如由美国Baker-Perkins公司制造的KO-捏合机它包括一个单往复式蜗形螺杆并在机器外壳上安装有若干凸块（Projecti-ons）。一般糖浆在冷却下搅打几分钟，以发生成核作用随后葡萄糖结晶。排出的部分结晶的物料随后在传送带上迅速冷却以防止软化和进一步结晶，剩余的熔化的糖浆凝结成好象一块坚硬的玻璃。然后将此物料磨细成所需之粒度，但仅含有大约50-70%晶状的葡萄糖。

另一葡萄糖结晶的方法在CPC国际公司的英国专利2077270B中已公开并提出了权利要求。这种方法中水解淀粉产物浓缩到大约92-99%固体，然后同时被挤压和混合，当冷却时溶液结晶。虽然在该专利中提到整个物料被磨细混合直到得到颗粒的结晶物质长达一小时，而在剪切和挤压机中的滞留时间平均大约2-3分钟。然后将产物进一步磨细。

这些方法与上面所提及的美国专利3365331的蔗糖结晶方法密切有关，因为它们都包括了在物质发生结晶的整个时间内，需要有几分钟的连续搅打，挤压或混合这种物质，还因为它们都需要在搅打过程中控制温度。

为此需要一种快速，容易控制和不用输入高能量的结晶方法，并 能以连续的而不是间断的方式运行，且还能允许加入象硬壳果制品和可可那样的配料。

在英国专利№.1460614的改进方法中（Nicol法）我们曾企图去克服上面所提及的缺点，当时的技术观点认为上述这两种类型的方法代表其唯一有效的可能性。对Nicol法来说瞬时成核看来是最重要的，也就是糖浆成核尽可能地快，并将它从限定的成核区实际上瞬时排出，以防止过热和因此造成糖软化并由固化而造成阻塞。相反地，由美国糖业公司采用的Miller法逐步成核和结晶法意味着在整个工艺过程中混合物必须保持着运动状态，以防止它在设备中固化并因此还需要有力的搅打和冷却。因而不实现Miller法的搅打和冷却工艺，“减慢”Nicol法是不可能的。

然而，我们现在惊人地发现能够使用某些类型的设备来实现更易受控制的逐步的成核过程。这种设备还能使成核了的糖浆在显著结晶之前排出，而且容许在此时加入额外的物料。

根据这个发明我们提供了一个蔗糖或葡萄糖从饱和糖浆中结晶出来的方法，在此方法中糖浆在一未冷却的成核区经受剪切以导致糖浆成核，在显著结晶发生之前，糖浆从所说的成核区排出，随后让糖浆在无搅动状态下结晶，其特征在于由一连续的螺旋挤压机进行剪切，以诱发糖浆的逐渐成核，糖浆有一平均滞留时间，其中对蔗糖于115°-145℃温度下低于25秒，对葡萄糖于100-135℃温度下低于25秒。

“连续螺旋挤压机”一词我们意指一种混合和碾磨的机器，该种类型的机器有一个或多个（最好两个）具有恒定或不同的螺距的螺杆部件（阿基米德螺旋）。在这种混合器中，输入的物料被传输并被压 入螺杆浆叶和壳体之间的空间，在双螺杆机器的情况下则在两个相互啮合的螺杆浆叶之间。两个螺杆的螺距处于并行或相反的状态，这取决于螺杆是同向旋转还是反相旋转。在塑料碾磨行业中两种形式都是为大家所熟知的。例如在用于挤压之前，这些机器用于碾磨聚氯乙烯。典型的机器是由Baker    Perkins公司所制造，包括GP，MP和MPF系列。其它的此类型设备的供应商包括Werner和Ptleiderer，Stuttgart和Le    Creusot，Loire。一种特别优良的类型的挤压机具有双螺杆系统，由“筒体”中同向旋转并啮合的两个并行的螺杆所组成。两个螺杆每一个都有一个纵向的传动轴（例如长度：直径为10∶1到15∶1），螺杆部件装置在传动轴上，此部件例如大约25毫米间距和50毫米直径。无倾角的垂直“浆”或“透镜”状的搅拌器部件成对地结合配置，每一个传动轴上一个。这些浆通常是一些多以传动轴为轴心的尖头的椭圆，它们可以是例如大约12-13毫米厚和直径为50毫米。鉴于种种理由，双螺杆系统是较优的，当所有物料连续地从内（传动轴之间）移动到外（也就是筒体内表面）时，热传导较好，这也使内部温度更为一致。输送是靠强制的位移，并不依赖于浆和筒体及物料之间的粘性摩擦。能量消耗大约是单螺杆系统的一半，单螺杆为与900-1500千焦尔/公斤，而双螺杆一般是400-600千焦尔/公斤。此外，能量分散成许多小剪切力而不是大的剪切力，因此有助于所要求的迅速成核。

Baker    Perkins    MPF    50D，装有一直径50毫米的传动轴，总行程大约750毫米，沿着它的长度方向有不同的输入口，驱动马达装在物料由此开始输送的一端。糖浆通过一个沿长度方向340毫米的输入口方便地往里抽入，其它添加物通过沿长度方向600或 720毫米的输入口加入。水蒸汽可以从靠近马达一端例如沿长度方向约90毫米，的输入口排去。

这种类型的机器一般在100至500，例如300到400转/分的转速下操作，能在予定的滞留时间内充分成核，滞留时间对蔗糖低于25秒，一般低于15秒，例如2-11秒。

糖浆通过了剪切区，在那里它通过挤压机的螺杆和浆或搅拌片之间的间隙，然后进到一个运动着的传送带。在此之前也可以先通过挤压机的相对静止的无搅拌区（在此期间不出现进一步成核，但成核了的糖浆开始结晶）。

我们发现在这样的条件下，过饱和糖浆可以充分地完全地并均匀地成核，以使在排放到运动的传送带上时能快速完全地结晶，但并没有快到以致于在糖浆排放前出现大量的结晶。

本方法所用的原料应是一种过饱和的蔗糖浆，一般90-95°白利糖度，自然地，糖浆中水含量愈低得到干燥产物愈容易，虽然最终产物的水含量很大程度上可由从成核区排出的结晶物料中发生的煮沸程度来控制。用上述糖浆在125-125℃温度下操作时，可能得到一种干燥的疏松结构的易脆的固体，其含水量大约为4%（重量）另一方面，对一种饱和葡萄糖浆，一般95-99℃白利糖度，也能使用。在真正的结晶期间，可除去葡萄糖中留下的少量水份。根据需要可采用措施例如一种方便的旋转干燥，把这两种产品中的水份进一步除去。

如上面阐明的，结晶发生在成核区外面，并且在一运动着的传送带上较佳。我们发现，尤其对蔗糖而言，传送带的上料很重要，由于辐射和传导造成的热损失必需由放热的结晶过程来平衡，以使传送带 上物料的温度不降到低于临界温度，此温度依赖于糖浆的性质和浓度。在这类方法中，完全结晶依赖于水的除去，因而结晶的糖糊的温度不降到低于糖浆中水的沸点是相当重要的事，事实上在最佳条件下，正在结晶的糖糊被从固化物质逸出的水蒸汽所搅动。

离开成核区的成核了的糖浆是一种奶油状的泡沫状液体，它很方便地被直接排放到运动着的传送带上，尤其是橡胶的或钢的传送带。在这样的情况下传送带上的装料以6-15公斤/米2为好，最佳大约10公斤/米2。硬化糖糊结晶大约在0.5至10分钟的时间内发生，较佳为大约2至3分钟，结晶后该产品是疏松结构的易脆固体。在蔗糖的情况下大部分残余水份被除掉。传送带的较远段供物料冷却和硬化。为使结晶快速完全，不允许将糖浆/糖糊冷却得太快是重要的：当然不应采取实际的冷却步骤，在结晶期间冷却，事实上阻止了结晶并导致生成玻璃化的非结晶产物。

从传送带上获得的产品易于制成所需粒度的颗粒并能进一步干燥给出一种自由流动的糖产品，这种产品为粒状并能迅速分散和溶解于水中。然而它还具有一种诱人的发出嘎吱嘎吱声的结构，特别适用于调制糖果，例如用于制取巧克力条。除了可在挤压机中添加配料到糖浆而外，也可在生产这种糖果的阶段加入配料。

另一方面，在传送带上的块状物可以切或做成各种形状，例如适用于涂覆巧克力的糖果条等等。

如上面指出的，根据本发明的方法的优点是其它的配料可以加入到成核的糖浆中去，以提供一种颗粒状的含有所说配料的砂糖产品。典型的配料包括细碎或切开的硬壳果，它包括花生果泥，可可和巧克力产品，麸，水果调味香料，果胶，麦芽等等。通常，其它配料可 以任意加入直到大约50-65%（重量），较佳达到大约40-45%（重量）。或者甚至可以加入更高的量以制造一种不同类型的产品，在这些产品中，蔗糖反是这整个集合体中少量的均匀分散的组份。除此以外加入精细分散的蔗糖是所期望的，例如加入在本方法造粒和过筛后所得到的“精品”。这种物质可以对结晶起一种外加晶种的作用，但是它的加入并不能引起排出糖浆的结晶增加，也就是说，结晶程度与所加结晶蔗糖的比例等效。例如一种低于大约710μ的颗粒状物质可以从造粒产品中分离出来并返回到挤压机中去，这种回料可占大约10-30%（重量）或甚至高达到50%（重量）。

根据本发明的进一步特征，提供了制造结晶糖的由多个装置组成的成套设备，包括一个蒸发器它在所说的温度之下供给过饱和糖浆;此糖浆供给一个较佳的双螺杆挤压机;一个传送带，用来收集从挤压机中排出的结晶糖浆，并在一实际上恒定的温度下输送糖浆，并同时进行结晶。

下面的例子进一步说明本发明。

例1

在大约130-145℃温度下，一般138℃，将含有85-87%蔗糖的糖浆蒸发成大约93°白利糖度的过饱和糖浆。随后将糖浆抽入Baker    Perkins    MP50    双螺杆挤压机中，机中装有同向旋转螺杆（长度：直径为15∶1，直径为50毫米），传动轴驱动搅拌叶片和螺杆。流动速度调节为使糖浆从搅拌区排出时（滞留时间大约2-8秒）成核并开始结晶。然后直接将糖浆导入一运动着的传送钢带并使其在无显著的温度降情况下结晶。在传送带的期间水被蒸发。然后将固化的结晶物质冷却，破碎并造粒，得到一种脆的嘎吱 嘎吱响的产品。

例2

将葡萄糖一水合物溶于水中得到含40%固体的溶液。使用板式热交换器和真空分离器在两个连续的阶段内将它蒸发到含大约97.5%固体的溶液。在第一阶段得到含83%固体的87℃的液体，在第二阶段得到含97.8%固体的大约107℃的液体。蒸发过的液体连续地抽入在例1中使用的挤压机，在挤压机中连续地被搅拌并被排放到运动着的传送带上，于4-6分钟内出现结晶。在螺杆转速为300转/分，排放速度为1.0公斤/分时，在挤压机中的滞留时间为3-15秒钟。产品含2.2%水，并且至少有75%是晶态。将产品破碎并造粒。

例3

例1的方法改进如下。用螺杆加料器将麸（bran）装入混合器的第一个输入口（离排料端最远），改变加麸的速度以得到所需的含量（（20%（重量））。蒸发过的蔗糖液于131℃排放到混合器的第二个输入口。将麸和蔗糖混合，捏合并搅动，同时输送到混合器的排料端，滞留时间为3至15秒。含水份6.3%的混合物于124℃排放到运动着的传送带上，在3至6分钟内结晶成一大块。然后将大块结晶加工成能通过5毫米筛的颗粒。因为水在传送带上蒸发去，该产品仅含4.2%的水。然后将此颗粒物进行旋转干燥并过筛得到1-25mm大小，最终水含量为2.1%。

例4粗糖

将含67%粗糖的水溶液蒸发到含83%固体。在排放到距马达34厘米的挤压机输入口之前，先通过板式热交换器将糖浆蒸发并加 热到137.8℃。水蒸汽在距马达9厘米处的入口处排去，剩下含90%至95%固体的糖浆，挤压机运转速度为400转/秒，使起泡沫的糖浆以88公斤/小时速率排放到运动着的结晶传送带上。糖浆迅速结晶并于三分钟后造粒。让该产品通过旋转干燥器并分级。产品的含水量为1.9%。

例5粗糖和麸

67%的粗糖和水蒸发到含83%固体。在排放到距马达34厘米的挤压机入口处之前糖浆通过板式热交换器蒸发并加热到138.9℃。水蒸汽在距马达9厘米的入口处从挤压机中排出。留下含90%至95%固体的糖浆。一个单螺杆固体送料器垂直安装在距马达60厘米处的挤压机侧入口上，于速率37.7公斤/小时下计量输入麸屑。挤压机于400转/分速率下运行。排放糖浆和糠屑的混合物于运动着的传送带上，糖浆在那里起泡并结晶，两分钟后将物料造粒，旋转干燥并分级。该产品能自由流动并嘎吱嘎吱响，麸含量30%，水含量2.6%。

例6可可

将含有不高于0.3%回料糖和0.13%灰分的含67%固体蔗糖的蔗糖液蒸发到含83%固体。在排放到距马达34厘米处的挤压机入口之前使其通过板式热交换器蒸发并加热到135.5℃。水蒸汽在距马达9厘米的入口处从挤压机中排出，剩下含90%至95%固体的糖浆。一个单螺杆固体粒子送料器垂直安装在距马达60厘米的挤压机侧入口上，在22公斤/小时速率下计量加入可可。挤压机运转速率400转/分。排放糖浆和可可混合物于运动着的传送带上，糖浆在那里起泡并结晶，两分钟后将所得物料造粒，旋转干燥并分级， 该产品能自由流动并吱嘎吱嘎响，可可含量18%，含水量1.4%。

例7花生酱

将含有不超过0.3%回料糖和0.13灰份含67%蔗糖固体的蔗糖液蒸发到含83%固体。在排放到距马达34厘米的挤压机入口之前使其通过板式热交换器蒸发并加热到135℃。水蒸汽于距马达9厘米的入口处从挤压机中排出，剩下含90%至95%固体的糖浆。装有花生酱的宽口单级泵与距马达60厘米的输入口相连结，花生酱以29公斤/小时的速率抽入。挤压机运转速度400转/分。糖浆和花生混合物排放在运动着的传送带上，糖浆在那里结晶，两分钟后将其造粒，旋转干燥并分级。产品含花生25%，含水1.4%。

例8柠檬香料

含有不高于0.3%回料糖，0.13%灰份的含67%固体蔗糖的蔗糖液用食物添加剂将它染成黄色，然后蒸发到含83%固体。在排放到距马达34厘米的挤压机输入口前使糖浆通过板式热交换器蒸发并加热到135℃。水蒸汽于距马达9厘米的输入口从挤压机中排出，留下含90%至95%固体的糖浆。两种柠檬香料和缓冲乳酸在距马达72厘米的入口处单独计量加入挤压机。两种柠檬香料每种都以931克/小时的速率抽入，乳酸以2.07公斤/小时的速率抽入，挤压机旋转速率为400转/分，排放糖、酸和香料的混合物于运动着的传送带上，糖在这里结晶，两分钟后将所得物料造粒，旋转干燥并分级。该产品能自由流动并吱嘎吱嘎响，具有强烈的柠檬味，含水量1.4%。

例9不纯的糖

含有1.8%灰分，2.5%回料糖含67%固体和总蔗糖含量为 92%的不纯蔗糖浆，被蒸发到含83%固体。在排放到距马达34厘米的挤压机入口之前，使其通过板式热交换器蒸发并加热到140℃。水蒸汽闪蒸到大气中，同时糖浆被排入挤压机输入口。挤压机长度和直径比为10∶1，转速250转/分，于88公斤/小时速率下排放起泡的糖浆到运动着的结晶传送带上，43分钟后糖浆迅速结晶并造粒，产品经过旋转干燥器并分级。